微纳材料设计与制造研究中心

微反应动力学方法揭示A位(La,Sr&Ba)掺杂的SmMn₂O₅的NO氧化性能提升机理

密度泛函理论(DFT)计算为催化反应的微观机理研究提供了有利手段，但是其基于量子力学的分析手段难以耦合温度，气体分压等真实反应条件，使得密度泛函理论研究始终难以实现实验尺度的性能预测与分析。微反应动力学方法基于DFT计算和实际催化条件，建立近似实验条件下耦合所有可能反应过程的催化反应模型。通过研究不同反应路径反应速率对总反应速率的贡献，拟合探针反应的活化能和反应级数的理论值，定量评估探针反应的过渡态以及吸附态的稳定性对反应速率影响，深度揭示实验条件下催化活性来源。

基于我们过去的理论和实验研究结果，我们建立了不掺杂和La,Sr&Ba掺杂的SmMn₂O₅的活性面上NO氧化的微反应动力学模型。我们发现，在不掺杂体系中，Mars-van Krevelen (MvK) 和Eley-Rideal (ER)反应机理分别主导高温和低温区NO氧化，其中吸附在晶格氧上的NO的脱附反应和Mn-Mn对上的吸附氧分解分别是MvK和ER机理速率决策步。Ba元素的掺杂正是活化晶格氧，降低吸附NO的脱附势垒，实现NO氧化性能的提高。La和Sr的掺杂加速吸附氧分子的分解，实现了NO转化活性的提升。这一工作为莫来石型氧化物的NO氧化性能的优化提供了重要理论依据。该部分研究工作发表在Journal of Catalysis上。